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文檔簡介
1、針對枇杷園土壤鎘污染的修復問題,本研究從生態(tài)系統(tǒng)的生物物種多樣性出發(fā),通過對當?shù)毓麍@雜草中篩選出的潛在鎘超富集植物少花龍葵(Solanum photeinocarpum)進行嫁接,再將少花龍葵嫁接后代與枇杷混種,研究混種對兩種植物的生理生態(tài)特性、DNA甲基化模式及鎘積累特性的影響,以期篩選出能顯著降低枇杷果實鎘含量的少花龍葵嫁接后代植株,并揭示少花龍葵嫁接后代對枇杷鎘積累量的可能生態(tài)調控機制。該研究對枇杷乃至其它水果產(chǎn)區(qū)的果園鎘污染修復
2、具有重要的科學意義和應用價值。主要研究結果如下:
1.采用土壤高濃度鎘污染篩選法從11種果園優(yōu)勢雜草中篩選出了6種鎘超富集植物或鎘富集植物,篩選效率高,其中,鼠麴草(Gnaphalium affine)、牛膝菊(Galinsoga parviflora)和紅果黃鵪菜(Youngia erythrocarpa)是鎘超富集植物,少花龍葵(Solanum photeinocarpum)是潛在鎘超富集植物,碎米薺(Cardamine
3、hirsuta)和豬殃殃(Galium aparine)是鎘富集植物。
2.通過不同濃度梯度的鎘污染(0~20 mg/kg)處理一年生枇杷實生幼苗的結果表明,隨土壤鎘濃度的增加,枇杷實生幼苗的根系生物量、莖桿生物量、葉片生物量、地上部分生物量及葉綠素含量呈降低的趨勢,但未表現(xiàn)出明顯的毒害癥狀,說明一年生枇杷實生幼苗對土壤鎘脅迫具有較強的耐性。一年生枇杷實生幼苗的鎘含量在各個器官的分布為:根系>莖桿>地上部分>葉片。隨土壤鎘濃度
4、的增加,一年生枇杷實生幼苗植株的鎘含量呈增加的趨勢,而地上部分的鎘積累量呈先增加后降低的趨勢(最大值出現(xiàn)在土壤鎘濃度約為10 mg/kg)。因此,枇杷實生幼苗可以作為果園鎘污染土壤的修復材料,用于土壤鎘濃度為10 mg/kg以內的果園鎘污染土壤的修復。
3.將篩選出的生物量較大的鎘超富集植物牛膝菊、紅果黃鵪菜和少花龍葵秸稈施入鎘污染土壤(10 mg/kg)并種植枇杷實生幼苗,結果表明,枇杷實生幼苗的生物量大小為:少花龍葵秸稈>
5、牛膝菊秸稈>未施用>紅果黃鵪菜秸稈,鎘含量的大小順序為:少花龍葵秸稈>紅果黃鵪菜秸稈>牛膝菊秸稈>未施用。兩種枇杷實生幼苗的植株鎘積累量最大值均為少花龍葵秸稈處理。因此,少花龍葵秸稈是提高枇杷實生幼苗修復果園鎘污染土壤能力的最佳材料。
4.采用不同砧木對少花龍葵進行嫁接,分別為:不嫁接(UG)、自根同株嫁接(SG)、自根異株嫁接(DG)和野生馬鈴薯砧木嫁接(PG)。結果表明,與UG相比,SG、DG和PG地上部分生物量均降低,這
6、是由于本試驗種植的時間較短造成的。與UG相比,SG和DG均提高了少花龍葵植株鎘含量,而PG降低了其鎘含量。嫁接提高了少花龍葵DNA甲基化率,大小順序為PG>DG>SG>UG,而DNA甲基化模式變化以過甲基化為主,相對于UG的大小順序為PG>DG>SG,這有利于提高少花龍葵對鎘脅迫的抗性。
5.通過對少花龍葵嫁接后代的鎘積累特性研究表明,嫁接沒有引起少花龍葵后代(第一代)的基因變異,但提高了其生物量、鎘含量及鎘積累量,相應的葉綠
7、素含量、抗氧化酶活性(SOD、POD及CAT)、光合作用也得到提高,其大小順序為:PG1>DG1>SG1>UG1。少花龍葵嫁接后代(第一代)的DNA甲基化水平及DNA甲基化模式的變化與嫁接當代一致,說明嫁接導致的變化后的DNA甲基化傳遞到了少花龍葵后代中。少花龍葵嫁接后代(第二代、第三代)的生物量、鎘含量就鎘積累量與其第一代的變化趨勢相同,說明嫁接引起的表觀遺傳變異能夠比較穩(wěn)定地在少花龍葵后代中傳遞。因此,嫁接能夠提高少花龍葵后代的鎘修
8、復能力,是一種改良超富集植物的新方法。
6.少花龍葵嫁接后代(第一代)混種枇杷實生幼苗研究表明,混種后,兩種植物的生物量均得到提高,地上部分鎘含量及鎘積累量也得到提高,相應的葉綠素含量、抗氧化酶活性(SOD、POD及CAT)、光合作用、可溶性糖含量、全磷含量、全鉀含量均高于單種。這些結果說明,少花龍葵嫁接后代(第一代)混種枇杷實生幼苗的搭配方式合理,促進了兩種植物生長與鎘修復能力的提高。此外,混種后,枇杷實生幼苗的DNA甲基化
9、水平均得到提高,大小順序為:混種(PG1)>混種(DG1)>混種(SG1)>混種(UG1)>單種;而DNA甲基化模式變化以過甲基化為主,相對于單種而言的大小順序為:混種(PG1)>混種(DG1)>混種(SG1)>混種(UG1)。這些結果說明混種提高了枇杷實生幼苗的抗性。
7.少花龍葵嫁接后代(第一代)混種枇杷嫁接苗及結果樹的盆栽試驗和小區(qū)試驗研究表明,混種后,枇杷嫁接苗及結果樹的根系及嫩枝鎘含量均低于其單種,而老枝的鎘含量則高
10、于其單種?;旆N后,枇杷果實的果皮、果肉及種子鎘含量均低于單種,其大小順序均為:單種>混種(UG1)>混種(SG1)>混種(DG1)>混種(PG1),枇杷果肉鎘含量的降低幅度8.97%~50.65%,但未達到綠色食品的限量標準(≤0.03 mg/kg),這與土壤鎘含量及枇杷品種有關?;旆N后的枇杷果實的單果重、縱徑及橫徑與單種沒有明顯變化,而總酸含量均低于單種,Vc含量、可溶性固形物含量及總糖含量高于單種,表明混種少花龍葵嫁接后代(第一代)
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